中科院宁波材料所刘小青研究员课题组在环氧树脂的阻燃改性上取得新进展

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环氧树脂具有优良的附着力、耐腐蚀性、热稳定性、电绝缘性和机械性能，被广泛用在涂料、胶黏剂、电子封装材料和复合材料等领域。然而，环氧树脂普遍存在易燃、质脆等问题，极大地限制了其应用。目前，研究者已开发了多种阻燃剂和增韧剂，来改善其阻燃性能和韧性。然而，这些阻燃剂和增韧剂的加入通常导致环氧加工性能，力学强度和T_g变化。如何在提高其阻燃性和韧性的同时，不影响其力学强度和玻璃化转变温度，仍是目前亟需解决的一大难题。

中科院宁波材料所刘小青研究员团队一直从事生物基环氧树脂的设计、合成和改性方面的研究工作，研发了一系列高性能生物基环氧树脂。他们利用生物基单体的结构特异性，研发了两种具有优异热力学性能，完全不含外加阻燃元素的本征阻燃环氧树脂(ACS Sustain. Chem. Eng.2018, 6, 7589-7599; Compos. Part B-Eng., 2019, 179, 107523)；利用木质素衍生物为原料，在无溶剂条件下制备了得到一种高效的环境友好型环氧树脂阻燃剂（Compos. Part B-Eng., 2020, 190, 107926）。

最近，为了同时提高环氧树脂的阻燃性、韧性、力学强度和T_g，他们提出了同时调控超支化聚合物的物理拓扑结构和分子化学结构的思想，解决了现有超支化阻燃剂容易降低环氧树脂玻璃化转变温度的问题，制备了一种具有良好加工性能和较高阻燃效率的超支化阻燃剂。当磷元素含量为0.24 wt%时，环氧固化物达到UL-94 V-0等级，LOI数值高达32.6 vol%。同时，由于超支化结构中含有大量空穴，改性的环氧固化物具有优异的韧性，在25和-196 °C下的冲击强度分别提高113%和96%。此外，HBFR具有刚性的骨架结构，使改性环氧固化物的弯曲强度、模量和T_g分别提高33.3%、24.5%和12.8%。

通过与文献报道的UL-94 V-0级阻燃环氧固化物的性能进行对比可以看出，仅有极少数报道可以同时改善环氧固化物的韧性、强度和T_g，他们的改性体系表现出很大的优越性。本工作提供了一种可以同时提高商用环氧树脂的阻燃性能、韧性、玻璃化转变温度和强度的简便易行的有效方法，有较好的产业化前景。

图1. 具有UL-94 V-0等级的阻燃环氧固化物的韧性、强度和T_g的增加比例

相关结果以“Hyperbranched flame retardant for epoxy resin modification: Simultaneously improved flame retardancy, toughness and strength as well as glass transition temperature”为题发表在《Chemical Engineering Journal》上。博士生研究生腾娜为本论文第一作者，刘小青研究员为通讯联系人。项目得到了国家万人计划、国家基金重点项目、浙江省万人计划、浙江省杰出青年基金的支持。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721028072

相关进展

清华大学危岩教授和吉岩副教授课题组在《Prog. Mater. Sci.》发表关于环氧树脂类玻璃体材料的综述

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